Kurzübersicht:
MicroSeismic, Inc. (MSI) bietet seinen Kunden im Energiesektor vielfältige Dienste für die Ausrichtung und Überwachung von Hydraulic-Fracturing-Unternehmungen („Fracking“) zur Optimierung der Ölförderung an. Dies beinhaltet den Einsatz von verteilten Sensoren, die riesige Datenmengen erfassen. HPC-Systeme (High-Performance-Computing) analysieren diese Daten dann, um bedeutsame Erkenntnisse zu gewinnen und 3D-Visualisierungen unterirdischer Ölvorkommen zu erhalten. Bisher führte MSI diese Datenauswertung mit seinem speziellen HPC-Cluster in einem nahegelegenen Rechenzentrum durch. Eine neue, unter Mithilfe von Six Nines IT erstellte Machbarkeitsanalyse (Proof of Concept, PoC) zeigt jedoch auf, inwiefern MSI durch die Verlagerung einiger seiner HPC-Aufgaben in Cloud-Instanzen, die mit Intel® Technik für HPC und KI optimiert sind, profitieren kann. Eine Erweiterung der Optionen von MSI auf Amazon Web Services (AWS) mit auf Intel® Prozessoren basierenden Instanzen und der Unterstützung für Intel® Advanced Vector Extensions 512 (Intel® AVX-512) und die Intel® DL-Boost-Technik hat das Potenzial für mehr Flexibilität bei umfangreichen Anwendungen, beschleunigte Erkenntnisgewinnung durch Datenanalyse und die Senkung der Kosten pro Terabyte während der Datenverarbeitung aufgezeigt.
Herausforderung
Die von MicroSeismic angebotenen Dienstleistungen unterstützen seine Kunden dabei, die Erschließung unkonventioneller Öl- und Gasvorkommen zu optimieren. Durch die Kenntnis, wie weit Bohrungen voneinander entfernt sein müssen, um möglichst großen Nutzen zu erzielen, können Kunden die Kosten für das Bohren und die Fertigstellung von Öl- und Gasquellen gegen den Wert der Fördermengen abwägen.
HPC-Systeme verarbeiten sehr große Mengen von Sensordaten, um kilometertiefe Gesteinseigenschaften zu visualisieren und zu extrahieren und dann die ideale Anzahl und Platzierung von Bohrlöchern zu ermitteln, um Öl und Gas effizient zu fördern. Diese Datenanalysen führte MSI in der Vergangenheit mit HPC-Systemen in seinen lokalen Rechenzentren durch. Gegenwärtig sieht sich MSI einem wachsenden Bedarf an mehr Flexibilität zur dynamischen Anpassung der Kapazitäten seiner HPC-Infrastruktur ausgesetzt, verbunden mit der Notwendigkeit, die Investitionskosten zu begrenzen und dennoch schnellere Erkenntnisse zu liefern.
Lösung
Zur Entwicklung einer Machbarkeitsanalyse (PoC) für eine Cloud-basierte HPC-Option, die in der Lage ist, komplexe Aufgaben der Analyse von Sensordaten zu bewältigen, arbeitete MSI mit Six Nines IT zusammen, einem Premier Consulting Partner im AWS Partner Network (APN). Das Team evaluierte eine Reihe von AWS-Lösungen mit CPU- und GPU-optimierten Instanzen und fand die ideale Konfiguration für seine Anwendung in Form von Amazon-EC2-C5d-Instanzen (Amazon Elastic Compute Cloud), unterstützt durch Intel® Technik. Die Suche nach einer Ergänzung zur hausinternen HPC-Infrastruktur von MSI führte zu einem Vorschlag mit HPC-Lösungen von AWS, die MSI die passende Abwägung von Flexibilität, Kosten und Verarbeitungsgeschwindigkeit bieten, um seine anspruchsvollen Aufgaben für die Kunden effizient zu erledigen.
Ergebnisse
Die PoC-Lösung offenbarte in Verbindung mit den Optimierungen der eigenen Datensoftware von MSI für den Betrieb in Cloud-Instanzen mehrere potenzielle Vorteile. Neben dem Zugang zu AWS-Instanzen, die auf Intel® Technik basieren, könnte MSI seine Betriebskosten auf der Grundlage der angestrebten Verarbeitungszeit bis zu den gewonnenen Erkenntnissen durch die Auswahl der jeweils optimalen Instanz kontrollieren. Außerdem kann das Unternehmen den Programmcode so optimieren, dass er „Cloud-nativ“ ist und die Leistung seiner Anwendung verbessert. Darüber hinaus können Cloud-basierte HPC-Systeme die neueste Hardware nutzen. Die Resultate zeigten, dass die C5d-Instanzen auf Systemen mit skalierbaren Intel® Xeon® Prozessoren exzellente Leistungseigenschaften für die Erfüllung der geschäftlichen Verpflichtungen von MSI boten.
Das Team evaluierte eine Reihe von AWS-Lösungen mit CPU- und GPU-optimierten Instanzen und fand die ideale Konfiguration für seine Anwendung in Form von Amazon-EC2-C5d-Instanzen auf der Basis von Intel® Technik.
„Blick“ in den Untergrund
Wenn Ölförderer unterirdische Vorkommen ausfindig machen, verlassen sie sich auf MicroSeismic, was die Überwachung von Fracking-Auswirkungen (Hydraulic Fracturing) auf das Gestein, in dem Öl und Gas gespeichert sind, anbelangt. Diese Vorkommen können nur gefördert werden, nachdem im Gestein durch Injektion von Wasser unter sehr hohem Druck Risse erzeugt werden. Das Monitoring ermöglicht es den Kunden von MSI, Kosten durch das Auffinden der effektivsten Frakturierungsmethode und des idealen Abstands zwischen den Förderstellen zu reduzieren. Daneben leistet diese Vorgehensweise einen Beitrag dazu, die Auswirkungen der Ölförderung auf die Umwelt möglichst gering zu halten.
Um seine Aufgabe zu erfüllen, platziert MicroSeismic ein ausgedehntes Antennen-Array mit tausenden als Geophone bezeichneten Oberflächensensoren über der Förderstelle, wo das Gestein aufgebrochen wird. Das Verfahren ähnelt der Erdbebenüberwachung, allerdings in einem riesigen Ausmaß. Alle Sensoren zeichnen die beim Brechen des Gesteins auftretenden Geräusche auf und erfassen während des Vorgangs viele Terabyte an Daten. Die HPC-Systeme von MSI verarbeiten alle diese Daten, nachdem sie in kleinere Stapel aufgeteilt wurden, die jeweils fünf Monitoring-Minuten umfassen. Diese Ausgangsdaten verwendet die auf der HPC-Infrastruktur ausgeführte proprietäre Software von MSI, um daraus eine umfassende dreidimensionale Karte der „Bruchereignisse“ im Gestein mit zeitabhängiger Animation zu generieren, damit die Kunden die Geschehnisse in der Tiefe sehen können.
Das ausgedehnte Antennen-Array von MicroSeismic mit tausenden als Geophone bezeichneten Oberflächensensoren zeichnet die beim Brechen des Gesteins entstehenden Geräusche auf und erfasst dabei viele Terabyte an Daten.
Um in der globalen Energiewirtschaft wettbewerbsfähig zu bleiben, möchte MSI seinen Kunden wertvolle Erkenntnisse schnellstmöglich bereitstellen. Cloud-Instanzen, die Intels HPC-Technik nutzen, ergänzen hausinterne Cluster und tragen damit zur Beschleunigung der Abläufe bei.
„Ausgehend von der Machbarkeitsanalyse von MicroSeismic, bieten Amazon-EC2-C5d-Instanzen und die zugrunde liegende Intel® Technik das Potenzial, unseren Kunden bei niedrigeren Kosten schnellere Ergebnisse und größeren Nutzen zu liefern. Zusammenhängende Datenmengen, deren Analyse zuvor über Nacht laufen musste, können in nur dreißig Minuten aussagekräftige Erkenntnisse liefern.“ – Peter Duncan, President und CEO von MicroSeismic, Inc.
Transformation der Geschäftsprozesse mit Cloud-basierten HPC-Lösungen
2019 wickelte MSI annähernd sechs Millionen Datenanalyse-Aufträge ab, für die auf dem speziellen HPC-Cluster der Firma in einem nahegelegenen Rechenzentrum ca. 1,5 Mio. Stunden an Rechenzeit anfielen. Auch im Geschäftssektor von MicroSeismic ist Zeit Geld. Durch die Reduzierung des Zeitaufwands für Tausende von Rechenjobs können sich die Mitarbeiter des Unternehmens noch mehr auf den Kundenservice konzentrieren. Und sie können Echtzeit-Ergebnisse bereitstellen, um den operativen Entscheidungsprozess ihrer Kunden zu unterstützen.
In enger Zusammenarbeit mit Six Nines IT, einem Premier Consulting Partner im AWS Partner Network (APN), evaluiert MicroSeismic momentan Möglichkeiten für die Erweiterung seines HPC-Systems im lokalen Rechenzentrum. Im Rahmen einer eingehenden Evaluierung schränkt das Team seine Suche auf einige wenige HPC-Angebote von Cloud-Anbietern ein. Eine Machbarkeitsanalyse für das AWS-Angebot von C5d-Instanzen, die auf skalierbaren Intel Xeon Prozessoren mit Intel AVX-512 basieren, zeigt, wie MSI die benötigte Kombination von Verarbeitungsgeschwindigkeit, Flexibilität und Kosteneffizienz realisieren kann. Dank diesen Leistungsvorteilen kann MSI seinen Kunden schneller als zuvor möglich neue Erkenntnisse liefern. Die AWS-Lösung beinhaltet einen HPC-Master-Knoten, der bei Bedarf andere Rechen/Worker-Instanzen dynamisch hochfährt, um datenzentrierte Aufgaben zu bewältigen, und den Prozess beendet, wenn ein Auftrag abgeschlossen ist.
Für den Fall einer fortschreitenden Cloud-Implementierung plant Six Nines IT auch, MSI bei Codeoptimierungen zu unterstützen, die dafür sorgen, dass die proprietären Anwendungen von MicroSeismic in der neuen HPC-Umgebung ihr volles Potenzial entfalten.
PoC-Tests mit einer AWS-HPC-Lösung auf Basis von Intels KI-fähiger HPC-Technik bietet mehrere Vorteile
Vorläufige Benchmarktests von Amazon Web Services (AWS) zeigen, wie MicroSeismic mit C5d-Implementierungen eine bis zu 10-fache Verbesserung der Verarbeitungsleistung gegenüber seiner bestehenden hausinternen HPC-Lösung erzielen kann. Mithilfe von HPC-Cloud-Instanzen will MSI langfristig Datenanalysen in Echtzeit durchführen. Die schnellere Verarbeitung durch Cloud-basierte Anwendungen würde dem Entwicklungsteam von MSI mehr Zeit für hochwertige Tätigkeiten wie die Optimierung von Programmcode, Batch-Größen und mehr verschaffen, um schnellere Ergebnisse für die Kunden zu erzielen. HPC in der Cloud könnte den Geophysikern von MSI helfen, mehr Zeit für die Auswertung von Daten als für die Mechanismen der Datenverarbeitung aufzuwenden. Umfassendere Angaben zur Leistung und Benchmarkergebnisse erhalten Sie unter intel.com/benchmarks.
MicroSeismic, Inc.
Das im Jahr 2003 mit Hauptsitz in Houston, Texas, gegründete Unternehmen MicroSeismic, Inc. (MSI) ist ein Ölfeld-Dienstleister, der Evaluierungsdienste zur Überwachung von Hydraulic-Fracturing-Operationen bei unkonventionellen Öl- und Gasvorkommen anbietet. MSI erfand das MicroSeismic-Oberflächen-Monitoring, um die Geräusche zu erfassen, die während der hydraulischen Stimulation in einem Reservoir entstehen. MSI unterstützt Öl- und Gasunternehmen durch den Einsatz von Oberflächen-, oberflächennahen und Bohrloch-Arrays dabei, herauszufinden, wie die Lagerstätte auf Hydraulic Fracturing reagiert, die Auswirkungen auf die Feldentwicklung abzuschätzen und Entscheidungen über das Completion-Design zu treffen. Darüber hinaus helfen MSI-Lösungen bei der Bestimmung der geschätzten Endausbeute, einem Maß für die gesamte wirtschaftliche Förderung während der Nutzungsdauer einer Öl- oder Gasquelle. MSI hat über 45.000 Frac-Stadien in den USA und 18 Ländern international überwacht und analysiert und dabei eine außergewöhnliche Sicherheitsbilanz von über 2,2 Millionen Personenstunden ohne einen „Lost Time Incident“ erzielt.
Six Nines IT
Six Nines IT hat seinen Hauptsitz im kalifornischen Oakland, ist ein Premier Consulting Partner im AWS Partner Network (APN) und hat hunderte erfolgreiche Migrationen von Kunden in die Cloud begleitet. Six Nines IT hat sich auf High-Performance-Computing (HPC) spezialisiert und bietet eine umfassende Palette an Cloud-Beratungsdiensten auf Expertenniveau an, um die Cloud-Einführung zu beschleunigen und Risiken zu reduzieren. Das Unternehmen vereint in einzigartiger Weise Schnelligkeit, Agilität, technisches Know-how und Erfahrung und hilft damit den Kunden, eine rasche Wertschöpfung zu erzielen und gleichzeitig sicher geschützt zu sein und Richtlinien einzuhalten. Six Nines IT wurde 2008 mit dem Konzept gegründet, dass Unternehmen eine neue Art von Partnerschaft brauchen, die ihnen hilft, verantwortungsvoll in das aufkommende Cloud-Technologieumfeld einzusteigen.
Amazon Web Services (AWS)
Seit fast 14 Jahren sind die Amazon Web Services die weltweit umfassendste und weit verbreitete Cloud-Plattform. Die AWS bieten über 175 Dienste mit umfassenden Funktionen für Berechnungen, Datenspeicherung, Datenbanken, Netzwerkbetrieb, Analyse, Robotik, maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz (KI), das Internet der Dinge (IoT), Mobiltechnik, Sicherheit, Hybrid-Lösungen, virtuelle und erweiterte Realität (VR und AR), Medien sowie die Entwicklung, Bereitstellung und Verwaltung von Anwendungen an. Dafür stehen 69 Availability Zones (AZ) in 22 geografischen Regionen zur Verfügung, wobei Pläne für 16 weitere Availability Zones und fünf weitere AWS-Regionen in Indonesien, Italien, Japan, Südafrika und Spanien angekündigt wurden. Millionen von Kunden – darunter die am schnellsten wachsenden Start-ups, größte Unternehmen und führende Regierungsbehörden – vertrauen den AWS, um ihre Infrastruktur zu stärken, flexibler zu werden und Kosten zu senken.
Lösungskomponenten
Amazon-EC2-C5d-Instanzen mit skalierbaren Intel Xeon Prozessoren der 2. Generation und den Intel Advanced Vector Extensions 512 (AVX-512) als Befehlssatzerweiterung